Hun var i et forhold med skuespilleren Kenneth Branagh (som hun opptrådte sammen med i flere filmer) fra 1994 til sommeren 1999. Etter dette hadde hun et kort forhold med Steve Martin. I oktober 2001, mens hun filmet , møtte hun filmregissør Tim Burton, som hun var gift med frem til 2014. Hun har opptrådt i alle filmene til Burton etter 2001. Paret har to barn: Billy Raymond Burton, som ble født 4. oktober 2003 og Nell Burton, født 15. desember 2007. Johnny Depp er Billys gudfar.